5 月 14 日，《Nature》封面成果介紹了激光雷達工作的成果。據集微網(wǎng)了解到，該成果重要貢獻者之一劉駿秋是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 08 級少年班學(xué)院校友。劉駿秋負責了該成果最核心技術(shù)——氮化硅芯片制備。該芯片基于 4 月 20 日在《Nature Photonics》上刊登的一篇論文，劉駿秋是該論文的第一作者。

　　這篇論文名為“Photonic microwave generation in the X- and K-band using integrated soliton microcombs”，展示的是由 Tobias J. Kippenberg 領(lǐng)導的 EPFL(瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院)研究小組演示的脈沖重復頻率低至 10GHz 的集成孤子微梳。論文第一作者是劉駿秋(0800)。何吉駿(中國科大 0938 校友)則名列共同第一作者。華人合作者還有上海大學(xué)郭海潤教授。

　　在現在的信息社會(huì )，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、電信、雷達等電信和微波信號的合成、分發(fā)和處理無(wú)處不在。目前的趨勢是使用高頻段的載波，尤其是 5G 和 "物聯(lián)網(wǎng) "等需求帶來(lái)的帶寬瓶頸的出現，使得載波的使用成為了趨勢。在這種背景下，一門(mén)新興的交叉學(xué)科：微波光子學(xué)(Microwave photonics)孕育而生，其將光電子技術(shù)和微波技術(shù)結合起來(lái)，突破了當前信號處理的瓶頸限制，使得高頻段的信號合成，分發(fā)和處理成為可能。

　　微波光子學(xué)的一個(gè)重要組成部分是光學(xué)頻率梳，它可以提供數百條等距且相干的激光線(xiàn)。它們是具有穩定重復率的超短光脈沖，精確地對應于梳齒線(xiàn)的頻率間隔。脈沖的光電檢測產(chǎn)生微波載體。

　　近年來(lái)，由連續波激光器驅動(dòng)的非線(xiàn)性微諧振器產(chǎn)生的芯片級頻率梳取得了重大進(jìn)展。這些頻率梳依賴(lài)于耗散的 Kerr 孤子的形成，這些孤子是在光學(xué)微諧振器內部循環(huán)的超短相干光脈沖。因此，這些頻率梳通常稱(chēng)為“孤子微梳”。

　　產(chǎn)生孤子微梳需要非線(xiàn)性光學(xué)微腔，這些光學(xué)微腔具有體積?、能耗低、可控度?等特點(diǎn)。特別是，通過(guò)利?半導體納?微加?技術(shù)，光學(xué)微腔可以在集成材料中實(shí)現。這些材料包括氮化硅，硅，?氧化硅，氮化鋁，鈮酸鋰，砷化鋁鎵等。其中， 由于氮化硅在通訊 1550 nm 波段沒(méi)有雙光?吸收，同時(shí)也是集成光學(xué)主流三?平臺之?(硅，磷化銦，氮化硅)，是目前最成熟的芯片頻率梳平臺?；谛?集成微腔的光頻率梳僅毫米尺寸，?產(chǎn)成本低，適?于?業(yè)化?量成產(chǎn)，有望在未來(lái)成為光頻率梳的主流平臺。

　　EPFL 小組實(shí)現了足夠低的光學(xué)損耗，以允許光在直徑僅為 1 微米或比人發(fā)小 100 倍的波導中傳播近 1 米。該損耗水平仍比光纖中的損耗水平高三個(gè)數量級以上，但代表了迄今為止對于集成非線(xiàn)性光子學(xué)而言任何嚴格限制的波導中的最低損耗。

　　如此低的損耗是 EPFL 科學(xué)家開(kāi)發(fā)的一種新制造工藝的結果，即“氮化硅光子 Damascene 工藝”。 該工藝的研發(fā)和氮化硅芯片的制造全部于瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的微納米技術(shù)中心(CMi)完成。

　　這種超低損耗氮化硅波導，也使得集成微腔光頻梳能夠應用在一些新興的領(lǐng)域。最新一期的《Nature》雜志就以封面形式重點(diǎn)報道了該課題組基于氮化硅技術(shù)的激光雷達工作“Massively parallel coherent laser ranging using soliton microcombs”。劉駿秋制備的氮化硅芯片，在此項工作里起到了關(guān)鍵作用。

　　據劉駿秋透露，基于此項氮化硅芯片集成頻率梳技術(shù)，瑞士聯(lián)邦理工團隊與其美國的合作者共同開(kāi)展并完成了全集成芯片頻率梳模塊的研發(fā)，和基于壓電材料的頻率梳集成聲光調制器。兩項工作均已被《自然》期刊接受，預計將于 6 月和 7 月相繼發(fā)表。毫?疑問(wèn)，氮化硅芯?集成頻率梳正在成為?項關(guān)鍵技術(shù)，將會(huì )對新興技術(shù)如芯片集成光譜儀、光原子鐘、光學(xué)相干斷層掃描等數個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)?重要影響。
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